环境工程原理课后答案28章.doc

《第二章 质量衡算与能量衡算》 2.8 某河流的流量为3.0m3/s，有一条流量为0.05m3/s的 小溪汇入该河流。为研究河水与小溪水的混合状况，在 溪水中加入示踪剂。假设仪器检测示踪剂的浓度下限为 1.0mg/L。为了使河水和溪水完全混合后的示踪剂可以检 出，溪水中示踪剂的最低浓度是多少？需加入示踪剂的 质量流量是多少？假设原河水和小溪中不含示踪剂。 ? 1? 0 qV 1?? 3.0m3 / s qV 2?? 0.05m3 / s ??? ? 解：取衡算系统如图所示。确定衡算对象为示踪剂。衡算的基准是 s 可判断为稳态非反应系统，对汇合前后示踪剂进行质量衡算： qm1?? qm2 0.05ρ=(3+0.05)×1.0 ρ=61mg/L 加入示踪剂的质量流量为：  (61×10-3g)/(10-3m3)×0.05m3/s=3.05g/s  单位要统一 《第二章 质量衡算与能量衡算》 2.9 假设某城市上方的空气为一长度均为100km、高为1.0km的空箱模 型。干净的空气以4m/s的流速从一边进入。假设某种空气污染物以 10.0kg/s的总排放速率进入空箱，其降解反应速率常数为0.20h-1。假设完全 混合。求稳态情况下的污染物浓度。 解：取衡算系统为空箱所占空间。确定衡算对象为污染物。衡算的基准是 s。可判断为稳态反应系统。 设稳态下污染物浓度为ρ，对空箱中混和前后污染物进行质量衡算： qm1?? qm2?? k??V?? 0 10.kg/s－ 4×100×1×106 ρ m3/s－(0.20/3600) × ρ ×100×100×1×109m3/s =0  ρ =1.05×10-2mg/m3  单位要统一 《第二章 质量衡算与能量衡算》 2.13 有一个4×3m2的太阳能取暖器，太阳光的强度为3000kJ/(m2h)，有50%的 太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。水的流量为0.8L/min。求流过取暖器 的水升高的温度 解：以取暖器为衡算系统，衡算基准取1h。 设取暖器的水升高的温度为ΔT，根据热量衡算方程， Q?? mc p?T 3000kJ/m2h× 4×3m2×50%=0.8L/min×60min×4.183kJ/hk×ΔT ΔT=89.65K 《第二章 质量衡算与能量衡算》 2.13 有一个总功率为1000MW的核反应堆，其中2/3的能量为冷却水 带走，不考虑其他能量损失。冷却水来自当地的一条河流，河水 的流量为100m3/s，水温为20 （1）如果水温只允许上升10，冷却水需要多大的流量 （2）如果加热后的水返回河中，冷却水的水温会上升多少？ 解：输入给冷却水的热量为： Q?? 1000?? 2 / 3MW?? 667MW （1)以冷却水为衡算对象,该系统为开放系统。  设冷却水的流量为  qV 《第二章 质量衡算与能量衡算》 则冷却水热量的变化率为  ? H P???? H  F  ? qmc p?T  667??103 KW?? qV??103?? 4.183?10kJ / m3  水的密度 kg/m3  水的比热 kJ/kg K  温度  qV?? 15.94m3 / s （2）以河流水为衡算对象，在100m3/s的流量下，吸收667MW 能量后河水温度的变化为  ?T??  667??103 100??103?? 4.184  ＝1.59o C 第三章 流体流动 3.3污水处理厂中,将污水从调节池提升至沉淀池.两池水面差最大 为10m.管路摩擦损失为4J/kg，流量为34m3/h，求提升水所需要的 功率，设水的温度为25 解： 1 2 p1 1 2 2????????? 2  p2 ?  ??? h f  ——拓展的 伯努利方程 （各项单位为J/kg） 取调节池水面和沉淀池水面为1，2截面： u1?? u2?? 0 p1?? p2?? 大气压 伯努利方程变为 ： We?? g(z2?? z1)???? h f?? 9.81?10?? 4?? 102.1J / kg Ne?? We?? qm?? We?? qm?????? 102.1?103?? 34 / 3600?? 964.3W 3.4如图所示，有一水平通风管道，某处直径由400mm减缩至200mm。 为了粗略估计管道中的空气流量，在锥形接头两端各装一个U形管 压差计，现测得粗管端的表压为100mm水柱，细管端的表压为40mm 水柱，空气流过锥形管的能量损失可以忽略，管道中空气的密度为 1.2kg/m3，试求管道的空气流量 。 解： 截面1和截面2之间列伯努力方程: u12/2+P1/ρ＝u22/2+P2/ρ 由题目知:u2=4u1 则有: 15u1